06 – Strömungs-Messungen - Universität Hamburg · Messung mit Driftkörpern (Floats, Drifter,...

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06 – Strömungs-Messungen

Messung von Meeresströmungen

Strömung Vektor [Betrag und Richtung]

Eulersche Strömungsmessung: v (x, y, z, t)

Messung von fester (z.B. Verankerung) oder sich definiert bewegender Plattform (z.B. Schiff)

Lagrangesche Strömungsmessung v (x(t), y(t), z(t), t)

Messung mit Driftkörpern (Floats, Drifter, Schiff)

Volumentransporte, Advektion, Diffusion und Vermischung

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Messung von Meeresströmungen

Strömung Vektor [Betrag und Richtung]

Eulersche Strömungsmessung: v (x, y, z, t)

Messung von fester (z.B. Verankerung) oder sich def iniert bewegender Plattform (z.B. Schiff)

Lagrangesche Strömungsmessung v (x(t), y(t), z(t), t)

Messung mit Driftkörpern (Floats, Drifter, Schiff)

Volumentransporte, Advektion, Diffusion und Vermischung

Methoden Eulerscher Strömungsmessungen

Mechanisch

Elektromagnetisch

Akustisch

Strömungsmesser messenStrömungsgeschwindigkeit

und Richtung

Kieke et al. (2009)

Integrale Messungen über ein Volumen

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Ekman Strommesser

Gerät am Draht in bestimmter Tiefe.

Fahne zur Stabilisierung des Gerätes

Strömungs-Geschwindigkeit proportional zur Propeller-Drehung

Richtung durch Auszählen von Metallkugeln, die in den „Torten-Segmenten“ eines Kompass liegen.

Start und Stopp durch Fallgewichte

Ekman, 1903

Schaufelrad-Strommesser

1950er Jahre in Kiel entwickelt

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Bergen Strommesser

Emery & Thomson, 2001

Rotor-Current-Meter (RCM)Fa. Aanderaa

Einsatz in Verankerungen

Ausrichtung des Gerätes in mittlere Strömungsrichtung

Richtungsmessung mit Magnetkompass

Geschwindigkeit über Savonius Rotor

Zusatzsensoren

Bergen Strommesser

Emery & Thomson, 2001

Datenaufzeichnung auf Magnetband.

In spätere Versionen Datenaufzeichnung auf Festspeicher.

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Rotor Current Meter (RCM)

Registriereinheit Einsatz in einer Verankerung

Savonius Rotor

Savonius, 1924

Drehrichtung unabhängig von der AnströmungsrichtungWie der Propeller, ist der SR empfindlich gegen Vertikalbewegungen

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Probleme mit Savonius Rotoren

Woodward et al., 1990

Probleme mit Savonius Rotoren

Woodward et al., 1990

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Vektor-mittelnde Strömungsmesser

USGS, 2005Zum Teil „Burst Sampling“

Elektromagnetische Strommesser

Emery & Thomson, 2001

Keine mechanischen Teile (Rotoren, Propeller, ..)

Das Instrument misst die induzierte Spannung, die durch die Bewegung eines elektrischen Leiters (See-Wasser) durch ein Magnetfeld erzeugt wird.Das Magnetfeld erzeugt das Gerät.

E = B L v

E – Spannung, B – Magnetfeld, L – Sensorabstand, v – Strömung

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Geomagnetischer Elektrokinetograph GEK

Knutz et al., 1992

B – Vertikalkomponente des ErdmagnetfeldsU – Schleppgeschwindigkeitv – mittlere QuergeschwindigkeitE1-E2 – Potentialdifferenz

Elektomagnetische Messungen an Kabeln

http://www.aoml.noaa.gov

Kabelmessungen in der Floridastraße

Die Meeresströmung erzeugt unterschiedliche Spannungen im Kabel an den Landstationen.Hier ist das Magnetfeld das Erdmagnetfeld

Störungen der Messungen durch Fluktuationen im Magnetfeld der Erde, die korrigiert werden müssen!

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Transporte in der Floridastrasse

Florida Strasse

Atkinson et al., 2010

Mean 32.1 ± 2.4 Sv

Akustische Strömungsmesser

Laufzeitmessungen t zwischen den Schwingern 1 und 2 (und 3 ….).

V = L(t2 – t1)/(2 t1t2) t = L/(c + v)

Probleme mit Langzeitstabilität, Biofouling

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Doppler Effekt

Einfache Doppler-Versch. ∆f = fs (1 – (c + v)/c)

bei doppelter Verschiebung v = 0.5 c ∆f / fs

Akustische Doppler Strömungsmesser

Ruderfußkrebse (Kopepoden)

Flügelfüßer (Pteropoden)

Krill (Euphausiid)

Typische Scatterer

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Recording current meter

Aanderaa Data Instruments

Nur Horizontalströmungen

3 – D Strömungsmesser Aquadopp

Bestimmt alle drei Strömungskomponenten

Durch hochfrequentes Messen auch Abschätzungen der Turbulenz möglich.

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Akustische Doppler Profilstrommesser (ADCP)

1.7.6

Emery & Thomson, 2001

Frequenzen: 37 – 1200 kHz

Reichweiten: 1400 – 20 m

Teledyne / RD Instruments

Akustische Doppler Profilstrommesser (ADCP)

1.7.7 und 8

Emery & Thomson, 2001

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Akustische Doppler Profilstrommesser (ADCP)

„Acoustic Doppler Current Profiler -Principles of Operation“, RD Instruments

Akustische Doppler Profilstrommesser (ADCP)

„Acoustic Doppler Current Profiler -Principles of Operation“, RD Instruments

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ADCP - Anwendungen

Hull-mounted moored lowered

Moored ADCP

Einsatz in Verankerungen

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Lowered ADCP

Zwei ADCPs in einer CTD-Rosette

Shipboard ADCP

38 kHz 75 kHz

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Moored ADCP

Overflow in der Dänemarkstrasse